恒溫箱溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計【采用STC12C5A60S2單片機(jī)-獨(dú)家畢業(yè)課程設(shè)計帶任務(wù)書+開題報告+外文翻譯】

恒溫箱溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計【采用STC12C5A60S2單片機(jī)-獨(dú)家畢業(yè)課程設(shè)計帶任務(wù)書+開題報告+外文翻譯】,恒溫箱,溫度,控制系統(tǒng),設(shè)計,采用,采取,采納,stc12c5a60s2,單片機(jī),獨(dú)家,畢業(yè),課程設(shè)計,任務(wù)書,開題,報告,講演,呈文,外文,翻譯 第 I 頁 摘 要 在此次設(shè)計中，主要是設(shè)計一套能夠精確控制溫度的恒溫箱溫度控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠?qū)崟r、自動、準(zhǔn)確的測量恒溫箱內(nèi)的溫度，然后通過加熱和降溫將溫度控制在設(shè)定的誤差范圍內(nèi)。 恒溫箱在各個領(lǐng)域里都有很重要的意義，但其控制系統(tǒng)又較為復(fù)雜，基本上不可能用數(shù)學(xué)的方法建立準(zhǔn)確的模型。當(dāng)前是用經(jīng)典控制和智能控制兩種控制算法相結(jié)合的方式對溫度進(jìn)行高效的控制。 我們采用 片機(jī)作為核心控制器，溫度測量采用數(shù)字溫度傳感器，使用 制，輸出控制用量的調(diào)節(jié)用的是可控硅觸發(fā)端的通斷，從而實(shí)現(xiàn)對溫度的控制。溫度在一定范圍內(nèi)可以由人工調(diào)節(jié)，并能在環(huán)境溫度降低時實(shí)現(xiàn)自動調(diào)整。這樣將單片機(jī)結(jié)合使用，可以將整個控制系統(tǒng)的精度提高，將誤差減小。 法是經(jīng)典的控制算法，在實(shí)際的控制中有著很高的地位。 法相對簡單，控制精度高。但是 節(jié)的參數(shù)無法適應(yīng)系統(tǒng)很長時間，需要對參數(shù)不斷的整定，以達(dá)到更好的控制效果。該算法最重要的是怎樣合理有效的整定其參數(shù)，針對這種情況我們就要對 其進(jìn)行仿真建模，通過 到更好的解決方法，以免浪費(fèi)不必要的時間，有效的提高了設(shè)計效率，也使控制性能可以達(dá)到預(yù)期的效果。 關(guān)鍵詞： 恒溫箱；溫度控制； 第 is to a of of is in in by a in to in it is to a is By an on is is as is by ID on of is by is be it of ID of is a It a in ID is of in to a ID a to in a is it a in we to In to a is 林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 目 錄 目 錄 摘 要 .................................................................................................................... I ............................................................................................................... 言 ....................................................................................................................... 1 1 緒論 ................................................................................................................. 2 題背景，目的和意義 ................................................................................................... 2 內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ............................................................................................................... 2 展方向 ........................................................................................................................... 3 章小結(jié) ........................................................................................................................... 3 2 恒溫箱溫度控制系統(tǒng)的總體設(shè)計 ................................................................. 4 溫箱溫度控制系統(tǒng)設(shè)計的研究內(nèi)容與基本要求 ....................................................... 4 ....................................................................... 4 ....................................................................... 4 溫箱溫度控制系統(tǒng)的基本 工作原理 ........................................................................... 4 制方案的選擇 ............................................................................................................... 5 P） ............................................................................................................. 5 .................................................................................................... 6 .................................................................................................. 6 ......................................................................................... 7 ................................................................................................. 8 ......................................................................................................... 8 ................................................................................................. 8 章小結(jié) ........................................................................................................................... 9 3 恒溫箱溫度控制系統(tǒng)的硬件電路的設(shè)計 ................................................... 10 器件的選擇 ................................................................................................................. 10 ..................................................................................................... 10 ................................................................................................................. 10 ............................................................................................................. 11 壓器的選擇 ............................................................................................................ 11 ................................................................................................................. 12 ......................................................................................... 12 ..................................................................................................... 13 片機(jī)電路的設(shè)計 ......................................................................................................... 13 示電路的設(shè)計 ............................................................................................................. 14 鍵電路的設(shè)計 ............................................................................................................. 15 警電路的設(shè)計 ............................................................................................................. 16 壓電路的設(shè)計 ............................................................................................................. 16 零檢測電路 ................................................................................................................. 17 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 目 錄 熱器件驅(qū)動電路 ......................................................................................................... 18 ......................................................................................................... 18 控硅介紹 ................................................................................................................ 18 控硅驅(qū)動電路設(shè)計 ................................................................................................ 19 電偶信號處理電 路 ..................................................................................................... 20 ............................................................................................. 20 ........................................................................................................ 20 ..................................................................................... 21 擬樣機(jī)硬件的制作 ................................................................................................... 22 ........................................................................................................................ 22 4 溫度控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計 ........................................................................... 23 測模塊設(shè)計 ................................................................................................................. 23 ..................................................................................................... 23 ..................................................................................................... 24 制模塊程序設(shè)計 ......................................................................................................... 24 示模塊程序設(shè)計 ......................................................................................................... 25 ................................................................................................................... 26 統(tǒng)整體設(shè)計 ................................................................................................................. 26 擬樣機(jī)的軟件設(shè)計 ..................................................................................................... 27 章小結(jié) ......................................................................................................................... 27 5 恒溫箱溫度控制系統(tǒng)的建模與仿真 ........................................................... 28 溫箱溫度控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模 ................................................................................. 28 制系統(tǒng)的仿真 ............................................................................................................. 28 ........................................................................................................ 28 .......................................................................................................... 29 ........................................................................................................... 29 章小結(jié) ......................................................................................................................... 31 6 總結(jié) ............................................................................................................... 32 論 ................................................................................................................................. 32 得體會 ......................................................................................................................... 32 謝 辭 ................................................................................................................. 33 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................. 34 附錄一 模擬樣機(jī)程序 ..................................................................................... 35 附錄二 元器件清單 ......................................................................................... 38 附錄三 模擬樣機(jī)的溫度控制系統(tǒng)的 ............................................... 39 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 1 頁 共 38 頁 引言 恒溫箱的應(yīng)用非常廣泛。其工作就是保持溫度的恒定，從瑣碎的日常生活到精準(zhǔn)的科學(xué)研究；從能源、化工到醫(yī)用、軍事；從工業(yè)生產(chǎn)到農(nóng)牧業(yè)的需要?？梢?，恒溫箱無處不在。 在當(dāng)今社會，由于科技快速進(jìn)步，國家經(jīng)濟(jì)水平的高速發(fā)展，以及大眾對恒溫箱的需求的增長，所以就對恒溫箱提出了更高的要求。不僅要控制的精度越來越高，還要經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，更希望恒溫箱有一個溫度控制的范圍，可以讓用戶自己設(shè)置自己所需溫度，以滿足不同用戶的不同需求。 一般的溫度控制方法都是設(shè)定一個數(shù)值為溫度的臨界點(diǎn)，超過誤差允許的范疇則要進(jìn)行溫度調(diào)控。本方法容易操作，價格適中，但結(jié)果不理想，控溫精度不高，需要較長的時間才可以到達(dá)穩(wěn)定點(diǎn)。因此，它只適用于對精度要求不高地方。 本次畢業(yè)設(shè)計中，該系統(tǒng)的作用就是實(shí)現(xiàn)對溫度的控制與 監(jiān)測。我們的核心控制器是單片機(jī)。用單片機(jī)進(jìn)行 算，可以最大程度的展示軟件的靈活性、且容易操作，可以讓系統(tǒng)變得更穩(wěn)定一些。 單片機(jī)是每個控制系統(tǒng)中不能缺少的重要組成部分，已廣泛地應(yīng)用于各個領(lǐng)域。能及時的處理數(shù)據(jù)，可以使系統(tǒng)在最佳狀態(tài)下工作，并使控制精度整體提高。又因?yàn)閱纹瑱C(jī)有功能強(qiáng)大，反應(yīng)靈敏，尺寸小，能耗低，性價比高等優(yōu)點(diǎn)，因此其市場占有率在日益增加。 制器原理相對容易一些，且適應(yīng)性好，魯棒性強(qiáng)。因?yàn)槠?P、 I、 D 各自獨(dú)立，研究工作者可以根據(jù)自己的需求來進(jìn)行組合，整定 參數(shù)又相對簡單。因此 在眾多領(lǐng)域里都有廣泛的應(yīng)用。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 2 頁 共 38 頁 1 緒論 題背景，目的和意義 隨著社會不斷發(fā)展，科技快速進(jìn)步，以及恒溫箱在諸多領(lǐng)域的應(yīng)用，智能控制與經(jīng)典控制相結(jié)合的控制方式已然成為溫度控制系統(tǒng)的主流方向。溫度在諸多領(lǐng)域里都是極為重要的參數(shù)，但對其實(shí)現(xiàn)高精度的控制是有一定難度的，但溫度又是一個和生活密不可分的實(shí)際問題。鑒于這是實(shí)際狀況，所以設(shè)計恒溫箱溫度控制系統(tǒng)是有廣闊的前景和實(shí)際意義。 在日常生活中，可以用來保存食物；在工業(yè)中，可以保存工業(yè)原料以及對一些產(chǎn)品的測試，其控制效果的好壞會對產(chǎn)品有直接的影響；在農(nóng)牧業(yè)中，可以育苗，可以飼養(yǎng)生物；在科研機(jī)構(gòu)可以培養(yǎng)細(xì)胞；在生物研究中，可以為無菌試驗(yàn)創(chuàng)造有利的條件；某些高端電子設(shè)備的正常運(yùn)行需要一定的溫度環(huán)境。這些都是恒溫箱在各個領(lǐng)域里發(fā)揮的作用。由此可見，恒溫箱有著舉足輕重的地位。 在當(dāng)今大環(huán)境下，市場與技術(shù)息息相關(guān)，同時技術(shù)在開發(fā)產(chǎn)品方面又起著決定性的作用。如今有關(guān)恒溫箱溫度控制的產(chǎn)品，成為大家研究開發(fā)的熱點(diǎn)。隨著科技的日益發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)越來越 成熟，覆蓋范圍也越來越廣。并且以單片機(jī)為核心的控制系統(tǒng)可以克服控制系統(tǒng)的容量滯后問題，這就讓控制系統(tǒng)的精度得到了的改善。其良好的控制效果也對安全高效的生產(chǎn)、環(huán)保事業(yè)、經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)步發(fā)展起到了十分顯著的作用。因?yàn)闇囟瓤刂葡到y(tǒng)的普遍性，溫度傳感器的種類也在隨著它的發(fā)展而不停的增加，以此來滿足越來越多元化的需求。 本設(shè)計的內(nèi)容是恒溫箱溫度控制系統(tǒng)，溫度是控制目標(biāo)。無論在生活中還是工業(yè)中，溫度控制系統(tǒng)都被廣闊采用，例如在發(fā)酵箱、工業(yè)產(chǎn)品檢測、無菌實(shí)驗(yàn)環(huán)境都需要溫度控制。所以本次畢業(yè)設(shè)計的目的是設(shè)計一種恒溫箱溫度控制系統(tǒng) ，在價格較低的前提下，爭取實(shí)現(xiàn)控制精度高，實(shí)時性好等功能。 內(nèi)外研究現(xiàn)狀 隨著 科學(xué)技術(shù) 的 不斷 發(fā)展， 恒溫箱溫度 控制 被廣泛應(yīng)用到各個領(lǐng)域 ， 獲得了社會各界的認(rèn)可 。在不同的 情況下 ，由于 被控對象的差異 、 期望效果 、 經(jīng)濟(jì) 等因素，需要 根據(jù)實(shí)際狀況 設(shè)計系統(tǒng) 的 結(jié)構(gòu)和功能， 使系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)控制 。其中， 恒溫箱溫度控制系統(tǒng) 在工 、商業(yè) 中是一個重要 的 研究 對象 。 從上世紀(jì) 70 年代開始，國外就已經(jīng)開始研究溫度控制系統(tǒng)了。到了 80 年代后期 ，因?yàn)楣I(yè)發(fā)展的需求，尤其是微電子、計算機(jī)技術(shù)的快速成熟，還有設(shè)計方法的發(fā)展等一系列因素的推動下， 國外的溫度控制系統(tǒng)發(fā)展迅猛。智能化等在科技中也有較大的成桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 3 頁 共 38 頁 就。當(dāng)下，一些技術(shù)成熟的大國已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了自動化，可以生產(chǎn)出性能良好的商品。 現(xiàn)如今，國外的溫度控制系統(tǒng)正在向著全自動，無人化方面前進(jìn)。我國開始研究溫度控制系統(tǒng)是在上世紀(jì) 80年代。對于控制有難度的溫度控制系統(tǒng)的技術(shù)，國內(nèi)的技術(shù)水平還不是很成熟。盡管在國內(nèi)的諸多行業(yè)中都普遍的應(yīng)用溫度控制系統(tǒng)，但是從技術(shù)層面來講，整體發(fā)展水平有限，與技術(shù)先進(jìn)的國家比較，我們依舊存在著很大的差距。國內(nèi)溫度控制系統(tǒng)的發(fā)展水平距實(shí)現(xiàn)工廠化還有很長的一段路要走。在我們實(shí)際生產(chǎn)的過程中 ，還存在著很多問題，這需要我們更加努力的去研究。 溫度是一個大家被所熟知且十分重要的過程變量，很多的物理，化學(xué)過程都會受到它的直接影響。恒溫箱溫度控制系統(tǒng)被廣泛的應(yīng)用到各個行業(yè)中，因?yàn)閰?shù)多變，滯后等問題，所以對調(diào)節(jié)器的要求比較高。如果溫度控制的效果不好也許就會引起生產(chǎn)安全，產(chǎn)品產(chǎn)量等很多的問題。由此可見，溫度控制十分重要，但在這過程中會碰到一些意料之外的困難。這就要求我們?nèi)硇牡耐度肫渲校鉀Q所有的問題。 展方向 現(xiàn)如今，溫度控制系統(tǒng)正在以一匹黑馬的姿態(tài)在全球范圍內(nèi)快速的發(fā)展，在這方面的研究中， 國外的技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟了。但是，我國也是近幾年才出現(xiàn)了一些精度比較高的溫度控制系統(tǒng)的產(chǎn)品，但是價格偏高。所以如何生產(chǎn)出可靠性高，控制精度高，生產(chǎn)成本低的恒溫箱是我們要重點(diǎn)研究的。 章小結(jié) 該章節(jié)是論文的開篇概述，詳細(xì)的描述了此題目的背景、目的及意義；介紹了恒溫箱溫度控制系統(tǒng)國內(nèi)外的現(xiàn)狀以及發(fā)展方向。闡述了恒溫箱溫度控制系統(tǒng)市場的需求，利用 制和單片機(jī)可以將恒溫箱溫度控制系統(tǒng)的性能有所提高。對下文做研究提供了一定的方法。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 4 頁 共 38 頁 2 恒溫箱溫度控制系統(tǒng)的總體設(shè)計 溫箱溫度控制系統(tǒng)設(shè)計的研究內(nèi)容與基本要求 恒溫箱在農(nóng)牧業(yè)、醫(yī)療、科研和食品生產(chǎn)加工等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。這些領(lǐng)域?qū)囟鹊姆€(wěn)定性要求很高。恒溫箱溫度控制系統(tǒng)的核心問題就是精準(zhǔn)的控制溫度。當(dāng)下，測量裝置普遍采用溫度傳感器采集溫度，但是在一般的環(huán)境中，溫度會被其他的外界因素影響，而且難以校準(zhǔn)。由此可見，溫度是一個很難準(zhǔn)確測量的一個參數(shù)。用一般方法檢測的話測量誤差大、測量時滯長。目前，恒溫箱溫度的智能控制主要用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)。 設(shè)計恒溫箱溫度控制系統(tǒng)，規(guī)定一個誤差所允許的范圍，并能在環(huán)境溫度下降時能夠?qū)崿F(xiàn)可以自動調(diào)整，以保持溫度不變。具體要求如下： （ 1） 恒溫箱 電熱溫度控制系統(tǒng)的輸入電源為單相 220V，電加熱額定功率 5 （ 2） 測溫范圍在室溫至 200℃， 精度在± 1℃以內(nèi)。 （ 3） 恒溫箱對加熱電源電流的傳遞函數(shù)為 ，采用 節(jié)器設(shè)計恒溫箱 電熱溫度控制系統(tǒng)；選擇單片機(jī)作為控制器 。 溫箱溫度控制系統(tǒng)的基本工作原理 現(xiàn)對該系統(tǒng)的原理進(jìn)行介紹，控制原理圖如圖 2示。 圖 2統(tǒng)原理框圖 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 5 頁 共 38 頁 溫度控制系統(tǒng)是一個過程控制系統(tǒng)。對于該系統(tǒng)來說，單片機(jī)是其核心。開始時，我們會通過按鍵設(shè)置我們想要的溫度值，并將其傳送到單片機(jī)中，然后會在 溫度的規(guī)定值設(shè)置完成后，單片機(jī)就會啟動輸出控制模塊，使加熱模塊開始工作，與此同時， 同步顯示溫度傳感器采集到的溫度，一旦溫度傳感器采集到的溫度達(dá)到了我們設(shè)定的溫度上限，這時，聲光報警開始工作：即發(fā)出聲音。同時，加熱模塊停止工作。不加熱的時候，溫度值一定會變小，當(dāng)溫度值下降到超過誤差所允許的范圍時，單片機(jī)將會再一次啟動加熱模塊，讓它 繼續(xù)加熱到我們最初的設(shè)定值。這樣的循環(huán)往復(fù)，便達(dá)到了恒溫箱溫度控制的目的 制方案的選擇 雖然不同形式的控制器，它的結(jié)構(gòu)和工作原理不同，但按照經(jīng)典控制理論，基本的控制規(guī)則有且只有 3 種： P 調(diào)節(jié)、 I 調(diào)節(jié)、 D 調(diào)節(jié)。這些控制規(guī)則可單獨(dú)使用，但是更多的地方采用的是組合的形式。例如： 比例調(diào)節(jié)、比例積分調(diào)節(jié)和比例積分微分調(diào)節(jié) [1]。 不同的控制規(guī)則適應(yīng)不用的生產(chǎn)要求。要選用合適的控制規(guī)則，就應(yīng)該先了解控制規(guī)則的特點(diǎn)和適用條件。根據(jù)工藝指標(biāo)的要求，結(jié)合具體對象特性，才可以做出最正確的選擇。 P） 比例控制獨(dú)自作用于系統(tǒng)時也可稱該控制為“有差控制”。這時，只要輸入的被調(diào)量偏離其給定值，調(diào)節(jié) 器便會立即做出相應(yīng)的控制作用，偏差的大小決定著輸出信號的大小。 在實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)具體的情況來確定比例度的大小。如果比例度取得過大，則系統(tǒng)的抗干擾性能就會變?nèi)酰詴?dǎo)致控制作用不明顯，甚至系微乎 其微。系統(tǒng)的余差過大，控制效果不好，也就談不上控制作用了。相反，比例度過小，控制作用會變強(qiáng)，這樣就會使得系統(tǒng)的超調(diào)量變大，從而使控制系統(tǒng)穩(wěn)定性變差，易引發(fā)振蕩。 若遇到的被控對象反應(yīng)迅速，放大倍數(shù)比較大的，選用的比例度就要小一些，這樣可以增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提高控制精度。反之，就要選擇比例度較大的，這樣的話，不僅可以增加系統(tǒng)的靈敏度，而且還可以使得系統(tǒng)的余差減小。 由于比例控制單獨(dú)作用時，存在著一些弊端，比如：抗干擾能力差、波動范圍過大等缺陷，所以它只適合運(yùn)用在一些特定的對象上，比如在擾動小、滯后較小、負(fù)荷變 化不明顯、允許被控對象在某個范圍中變化的場合使用。這種控制規(guī)律被廣泛的應(yīng)用在工業(yè)中。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 6 頁 共 38 頁 如果某一系統(tǒng)單獨(dú)使用比例調(diào)節(jié)時，只要系統(tǒng)有偏差出現(xiàn)，調(diào)節(jié)器便會立即做出反應(yīng)，通過調(diào)節(jié)后使偏差減小。假如系統(tǒng)中不存在偏差，那么其的輸出就為零。所以，如果只是用比例調(diào)節(jié)，就不可能實(shí)現(xiàn)無靜差調(diào)節(jié)。 要消除靜差，最好的方法就是采用積分控制器，因?yàn)樗鼘ζ钣蟹e分作用 [2]。積分調(diào)節(jié)器的優(yōu)勢在于只要系統(tǒng)有偏差存在，其調(diào)節(jié)作用就不會間斷，直到消除偏差為止。當(dāng)偏差被消除后，由積分控制器的特點(diǎn)可知輸出將會停留在新的位置，所以才能保持偏差為零。 雖然積分作用可以消除余差，但是其缺點(diǎn)是動作過于遲緩，因?yàn)樗兄欢ǖ姆e分時間，不能馬上對被控量的細(xì)小變化做出反應(yīng)。如果我們調(diào)節(jié)靜態(tài)準(zhǔn)確度，由于積分不能馬上做出反應(yīng)，就會讓調(diào)節(jié)的動態(tài)品質(zhì)變壞。所以一般情況下不會單獨(dú)使用 積分調(diào)節(jié)，總是把它和比例結(jié)合在一起使用。這樣就構(gòu)成了比例 — 積分控制。這樣二者兼容，取長補(bǔ)短，就可以把比例作用的及時性和積分作用消除靜差的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來了。所以 制可以達(dá)到比較理想的控制效果。 比例 — 積分調(diào)節(jié)是當(dāng)下應(yīng)用范疇比較大的調(diào)節(jié)器。一般在液位、流量等系統(tǒng)中使用。因?yàn)榉e分作用可以消除靜差，可以將比例控制的缺陷掩蓋，達(dá)到良好的控制效果。但是在一些特定的情況下，積分作用可能會讓系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差，就比如，如果某系統(tǒng)存在慣性滯后的現(xiàn)象，就盡可能的不要選擇 制。 對于有時 間滯后控制系統(tǒng)來說，比例 — 積分控制也許無法達(dá)到預(yù)期的效果。對“時間滯后”作進(jìn)一步的解釋，也就是：當(dāng)被控變量受到外界的干擾，被控變量沒有馬上做出反應(yīng)，而是有一定的延時。例如容量滯后，此時的 制就表現(xiàn)的遲緩，不靈敏。由此，可以設(shè)想的是：能不能有一個按照偏差的變化走向，使其做出相對的控制動作呢 ?就好像經(jīng)驗(yàn)豐富的工作人員，既可以按照偏差的大小來調(diào)整比例作用，又可以按照偏差變化的速度來估計可能會出現(xiàn)的狀況，提前做控制工作。這就是微分控制的特點(diǎn)：即具有超前調(diào)節(jié)作用。輸入誤差的變化率決定了微分調(diào)節(jié)器輸出的大小。 微分輸出和偏差的變化速度是正比例關(guān)系，而且微分輸出與偏差的其他因素均無關(guān)系。假如有一個固定不變的偏差，不管其數(shù)值的大小，只要沒有變化，微分輸出肯定為零。假如某系統(tǒng)中微分時間為零，則微分作用就沒有存在的必要了。因此，我們要根據(jù)實(shí)際需要去選擇微分時間。 除此之外，微分控制系統(tǒng)作為一種比較有效的控制，它有著自己一些優(yōu)點(diǎn)：首先，微分控制執(zhí)行的速度很快，比起其他的控制方法來，所花的時間都要少很多；其次，它桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 7 頁 共 38 頁 還具有超前的調(diào)節(jié)功能，所以，采用微分控制可以有效的改善被控制對象有比較大的時間延遲的作用。同時，微分控制也是有著自 己的局限性，比如，它不能有效的消除余差，而且更糟糕的是，它對于那種偏差是恒定的輸入量來說，壓根就沒有控制作用。所以正是因?yàn)槲⒎挚刂频倪@個致命的局限性，我們在選擇控制方法的時候，不能單一的選擇微分控制來使用。 正是因?yàn)槲⒎挚刂朴芯窒扌?，不能單一的運(yùn)用，與之相比之下，比例控制和微分控制的結(jié)合，作用和效果就比較可觀了。首先它們的運(yùn)行速度是高速的，比之單獨(dú)的比例或者微分作用都要快上很多，一般都能達(dá)到幾倍以上，這樣就可以使得系統(tǒng)執(zhí)行的效率高上很多，特別是對于那些容量滯后的被控對象來說，就有著很大的改善作用，它可以很有 效的控制偏差，使之幅度減少，使得系統(tǒng)的實(shí)用性都得到很大的提高。同時，比例微分的結(jié)合，大大縮短了控制的時間，所以它更能精準(zhǔn)快速的采集被控量的變化，以達(dá)到實(shí)時監(jiān)控、精準(zhǔn)控制的目的，使得控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量得到顯著的提高。 比例積分微分控制是一種實(shí)用性很強(qiáng)、控制性能最為理想的控制規(guī)律。 制集合了比例、積分、微分控制這三者的優(yōu)點(diǎn)，簡單來說，就是 制既具備了比例控制的迅速和及時，還具有積分控制的消除余差的能力，又有微分控制的超前調(diào)節(jié)功能，是三者結(jié)合的產(chǎn)物，彌補(bǔ)了比例積分 控制、比例微分控制的短板，所以 制在現(xiàn)實(shí)生活應(yīng)用中應(yīng)用很廣泛，在工程實(shí)際中也是備受青睞。 當(dāng)輸入的偏差量出現(xiàn)階躍變化時，微分環(huán)節(jié)就會馬上做出反應(yīng)，目的是抑制這種偏差躍變。與此同時，比例環(huán)節(jié)也會對這種偏差進(jìn)行抑制作用，以達(dá)到抑制偏差的目的，因?yàn)楸壤h(huán)節(jié)的快速反應(yīng)，還能起到令系統(tǒng)更加穩(wěn)定的作用；當(dāng)微分環(huán)節(jié)和比例環(huán)節(jié)作用之后，會產(chǎn)生比較大的余差，這時候積分環(huán)節(jié)就會開始作用，將余差給克服掉。所以這三種控制規(guī)律的充分結(jié)合，會使控制效果達(dá)到最佳。 在控制系統(tǒng)的發(fā)展歷程中， 產(chǎn)使用性最高 的控制規(guī)律。與我們工程實(shí)際密切相關(guān)，是工程設(shè)計中經(jīng)常要用到的調(diào)節(jié)控制規(guī)律。當(dāng)選擇合適的作用參數(shù)，也就是要比例參數(shù)、積分參數(shù)和微分參數(shù)設(shè)計得當(dāng)，就可以使三者的優(yōu)點(diǎn)充分結(jié)合，使得系統(tǒng)的控制效果更加理想。 綜上所述，可以看出 節(jié)器集三者之長于一身，所以本次設(shè)計要采用 節(jié)器。它的本質(zhì)就是將輸入的數(shù)據(jù)按照函數(shù)關(guān)系來計算。其結(jié)構(gòu)如圖 2示： 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 8 頁 共 38 頁 其數(shù)學(xué)模型如式 2示： u(t) = e(t) + 1e(t)d(t)TD de(t) （ 2 其中 比例系數(shù)、 積分系數(shù)、 微分系數(shù)。 其傳遞函數(shù)的表達(dá)式如式 2示： )=+ 1 （ 2 在工程實(shí)際中，最為大家認(rèn)可的就是 節(jié)，即比例 — 積分 — 微分控制。 制器以結(jié)構(gòu)相對簡單、可靠性強(qiáng)、易調(diào)節(jié)等特點(diǎn)在工業(yè)控制中有著十分重要的地位。尤其是被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不可以被完全掌控，或者不能建立精準(zhǔn)的數(shù)學(xué)模型， 其他的技術(shù)控制理論 也 難以使用 ，控制器只能用經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場調(diào)試來解決時， 法是最簡便的 [3]。 節(jié)器參數(shù) 的整定是整個控制系統(tǒng)的最為關(guān)鍵的內(nèi)容。它是依照被控過程的性能特點(diǎn)來確認(rèn) 節(jié)器的各項(xiàng)參數(shù)的大小。 節(jié)器的參數(shù)的整定總的來說可以分為兩種： 一種是理論計算整定，它包括了： 圖 2構(gòu)圖 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 9 頁 共 38 頁 （ 1）穩(wěn)定邊界法 又被稱為臨界比例度法。當(dāng)一個比例調(diào)節(jié)系統(tǒng)的被調(diào)量為等幅振蕩時，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可以求出該調(diào)節(jié)器的參數(shù)。這種方法在下面兩種情況下不宜采用：一種是臨界比例度過小，對生產(chǎn)工藝不利或不容許；另一種是工藝上要求的條件較為嚴(yán)苛?xí)r，等幅振蕩將影響生產(chǎn)的安全。 （ 2）反應(yīng)曲線法 用該方法整定調(diào)節(jié)器的參數(shù)應(yīng)先測定對象的動態(tài)特性，即飛升特性。根據(jù)該特性曲線找出某幾個可以有代表性的參數(shù)，之后就可以用這幾個數(shù)據(jù)整定出調(diào)節(jié)器最佳參數(shù)。 （ 3）衰減曲線法 被調(diào)量偏離工作點(diǎn)不大，不需要把調(diào)節(jié)系統(tǒng)推進(jìn)到穩(wěn)定的邊界，也可以求出比例度，因而比較安全，易操作。 但是這幾種方法都要依靠數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過計算才可以準(zhǔn)確的得出控制器的參數(shù)。即使計算出準(zhǔn)確的參數(shù)，也還是有可能不可以直接用的，一定要經(jīng)過工程實(shí)際來調(diào)整修改。 另一種是工程整定方法：它靠的是工程經(jīng)驗(yàn)，可以在控制系統(tǒng)試驗(yàn)中直接進(jìn)行。而且方法簡便、易操作，廣泛應(yīng)用于各種實(shí)際工程中。 章小結(jié) 本章主要介紹了本次設(shè)計的內(nèi)容，設(shè)計的主要要求。并且對控制整定方法進(jìn)行了較為詳細(xì)的分析和比較，選出最佳的控制方案，同時闡述了該方案的特點(diǎn)以及如何整定其參數(shù)的方法。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 10 頁 共 38 頁 3 恒溫箱溫度控制系統(tǒng)的硬件電路的設(shè)計 器件的選擇 （ 1） 度傳感器 該傳感器尺寸小、性價比高、精度高。它是單線接口：即僅需一條口線與 連。電源可以用 來總線提供。其測溫范圍是 ~+125℃，精度為± （ 2）熱電阻溫度傳感器 它可以分為兩類，一類是金屬熱電阻：它要用一種電阻溫度系數(shù)和電阻率大而穩(wěn)定的、易于加工的金屬制作（鉑、銅）。測溫范圍是 ~+850℃。盡管其測溫范圍較大，但是其尺寸大，價格高。另一類是半導(dǎo)體熱敏電阻：它又可以分為正溫度系數(shù)（ 負(fù)溫度系數(shù)（ 突變型負(fù)溫度系數(shù)（ 感器。它們的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度好、體積小。但線性度較差，只要電流過大就會自熱。假如把它放到高熱中，那就是永久性的毀壞了。 （ 3）熱電偶溫度 傳感器 制作該種傳感器的金屬材料應(yīng)滿足物理、化學(xué)性能穩(wěn)定；熱電動勢高，導(dǎo)電率高電阻溫度系數(shù)小。其測溫范圍是 ~+1300℃。其工作方式與熱電阻相似。但是熱電偶的復(fù)現(xiàn)性好，易于批量生產(chǎn)。 綜上所述，在本次畢業(yè)設(shè)計中，我們采用的是熱電偶溫度傳感器。它的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)相對簡單，測溫范圍符合要求、精度高。其輸出信號是電信號這就為遠(yuǎn)傳或信號轉(zhuǎn)換奠定了好的基礎(chǔ)。 本次設(shè)計中，要求恒溫箱電熱溫度控制系統(tǒng)的輸入電源為單相 220V，電加熱額定功率 5以電流約為 般情況下， 銅線每 平方毫米 按 4~6A 的載流量 來計算。 那么，我們選用 4是如果選擇 4正常情況下的電流就基本上達(dá)到了其載流量的上限，一旦有突發(fā)狀況發(fā)生，就可能會產(chǎn)生危險。所以，為保證安全，我們選擇電線的時候應(yīng)該把余量留的稍大一些，即使遇到突發(fā)狀況也能保證安全。因國際標(biāo)準(zhǔn)沒有 5以我們選擇 6 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 11 頁 共 38 頁 （ 1）數(shù)碼管顯示 數(shù)碼管按照幾個 8 的顯示可以分為 1 位數(shù)碼管、 2 位數(shù)碼管等，平時我們使用的一般是八段數(shù)碼管。如何控制數(shù)碼管顯示出我們所需要的東西，就是要控制其每段的亮或滅，如在并行口上輸入 11111001，數(shù)碼管就顯示出“ 1”的字樣，控制數(shù)碼管顯示的方法相對簡單，但缺陷也是